Существующая тенденция замещения углеводородного сырья на альтернативные источники энергии, ни в коей мере не снизит потребность человечества в углеводородах, а наоборот инициирует развитие нефтехимии, газопереработки, которые позволят создавать новые материалы и вещества. Еще Менделеев Д. И. утверждал, что сжигать нефть, это все равно, что топить ассигнациями.

Все это говорит о том, что профессия инженера буровика не только перестанет быть востребованной, а наоборот, будет престижной. В данной работе проблемы и процессы при строительстве скважин освещены не глубоко, каждой проблеме в строительстве скважин посвящено огромное количество работ и для более глубокого изучения проблем, технологий, оборудования и применяемых материалов, необходимо изучать специальную литературу.

В процессе развития нефтяной и газовой промышленности, опробованы различные виды бурения, а некоторые способы проходят испытания. [96]

1. Вращательный способ, в т. ч.:

Роторный

2. Турбинный способ, в т. ч.:

Забойными двигателями

Электробурение

Винтовыми двигателями

Реактивно турбинное бурение (РТБ)

3. Ударный, в т. ч.:

Ударно канатное

Ударно штанговое

4. Взрывоударный

5. Гидроударный

6. Вибрационный

7. Гидродинамический

8. Химический

9. Лазерный

Наибольшее применение нашло вращательное бурение – 90 % от всего объема проходки в мире.

Потребность страны в нефти и газе, как дешевого источника энергии, заставило увеличивать объемы разведочного и эксплуатационного бурения с расширением географии работ. Это в свою очередь поставило задачи перед наукой, промышленностью и учебными заведениями по совершенствованию процессов, разработкой нового и более совершенного оборудования, подготовке специалистов. Создание новых типов буровых установок, в том числе для бурения на море, винтовых забойных двигателей, управляемых роторных компоновок, новых типов растворов, долот, использование четырехступенчатой системы очистки, совершенствование технологии строительства скважин, смена организации работ при строительстве скважин от генерального подряда на раздельные сервисы с осуществлением супервайзерского контроля с элементами управления работами, различных механизмов уменьшающих ручной труд и повышающих производительность труда в бурении, позволило увеличить глубины бурения, проводить горизонтальные стволы скважин большой протяженности, развивать бурение на шельфе.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины. Начало скважины называется – устьем, цилиндрическая поверхность – стенкой или стволом, дно – забоем. Расстояние между устьем и забоем скважины по ее оси называется глубиной скважины. Глубины нефтяных и газовых скважин изменяются в широких пределах – от нескольких десятков до нескольких тысяч метров: например, спроектированы и закончены бурением сложные, глубокие скважины в различных регионах мира: [97]

1. Аралсорская СГ-1, Прикаспийская низменность, 1962–1971 г.г., глубина – 6,8 км. Поиск нефти и газа;

2. Биикжальская СГ-2, Прикаспийская низменность, 1962–1971 г.г., глубина – 6,2 км. Поиск нефти и газа;

3. Кольская СГ-3, 1970–1994 г.г., глубина – 12 262 м. Проектная глубина – 15 км;

4. Саатлинская, Азербайджан, 1977–1990, глубина – 8 324 м. Проектная глубина – 11 км;

5. Колвинская, Архангельская область, 1961, глубина – 7 057 м;

6. Мурунтауская СГ-10, Узбекистан, 1984 г., глубина – 3 км. Проектная глубина – 7 км. Поиск золота;

7. Тимано-Печорская СГ-5, Северо-Восток России, 1984–1993 г.г., глубина – 6 904 м, проектная глубина – 7 км;

8. Тюменская СГ-6, Западная Сибирь, 1987–1996 г.г., глубина – 7 502 м. Проектная глубина – 7,5 км. Поиск нефти и газа;

9. Ново-Елховская, Татарстан, 1988 г., глубина – 5 881 м;.

10. Воротиловская скважина, Поволжье, 1989–1992 г.г., глубина – 5 374 м. Поиск алмазов, изучение Пучеж-Катункской астроблемы;

11. Криворожская СГ-8, Украина, 1984–1993 г.г., глубина – 5 382 м. Проектная глубина – 12 км, Поиск железистых кварцитов;

12. Уральская СГ-4, Средний Урал. Заложена в 1985 году. Проектная глубина – 15 000 м. Текущая глубина – 6 100 м. Поиск медных руд, изучение строения Урала;

13. Тюменская СГ-6 Западная Сибирь. Проектная глубина – 7 500 м. Текущая глубина – 7520 м. Поиск нефти и газа.

14. Ен-Яхтинская СГ-7, Западная Сибирь. 2000–2005 г.г. Проектная глубина – 7 500 м. Текущая глубина – 8200 м. Поиск нефти и газа.

Скважины на нефть и газ за рубежом

Начала 70-х годов:

• Юниверсити, США, глубина – 8 686 м;

• Бейден-Юнит, США, глубина – 9 159 м;

• Берта-Роджерс, США, глубина – 9 583 м.

Скважины на нефть и газ

Начала 80-х годов

• Цистердорф, Австрия, глубина – 8 553 м;

• Сильян Ринг, Швеция, глубина – 6,8 км;

• Бигхорн, США, Вайоминг, глубина – 7 583 м;

• КТВ Hauptbohrung, Германия, 1990–1994, глубина – 9 100 м. Проектная глубина – 10 км. Научное бурение.

Бурение скважины состоит из четырех основных процессов:

• Разрушение горной породы на забое;

• Удаление разрушенной породы с забоя через устье скважины на поверхность;

• Закрепление неустойчивых стенок скважины.

• Разобщение пластов.

Строительство скважины состоит из семи этапов:

• Подготовительные работы к монтажу (земляные работы, завоз оборудования);

• Монтаж буровой установки;

• Бурение;

• Крепление;

• Испытание;

• Демонтаж оборудования;

• Рекультивация земельного участка.

В настоящее время строительство скважин на нефть и газ значительно усложнилось, истощение легко извлекаемых запасов нефти и газа на малых глубинах, на территориально доступных месторождениях, заставило искать нестандартные более сложные задачи: это бурение горизонтальных скважин, бурение многозабойных скважин, увеличение глубин скважин, использование сложного оборудования для заканчивания скважин и др.

Существует два промышленных способа бурения скважин на нефть и газ: ударный и вращательный. При ударном бурении порода разрушается ударами специального инструмента – долота, которое спускают в скважину на стальном канате или на штангах. Разрушенная порода, смешиваясь с находящейся на забое водой, образует буровую грязь. Эту грязь периодически удаляют с забоя специальной желонкой, после чего обсадную колонну специальной «бабой» забивают на глубину выбранной породы.

Недостатком этого способа является:

• Низкая скорость бурения;

• Большая вероятность нефтегазопроявления.

Достоинство способа:

• Очень высокое качество вскрытия продуктивного горизонта.

Поэтому он нашел широкое применение при бурении водозаборных скважин с аномально низким пластовым давлением.

На Рис. 2.1 представлена буровая установка для вращательного бурения ZJ 70, производства КНР, изготовленная по стандартам API. В комплектацию буровой установки ZJ 70 входит механическое и энергетическое оборудование с цифровым управлением, функция автоподачи инструмента при бурении, механические и энергетические системы торможения, функция сбора информации по процессу бурения, оценка и интеллектуальная обработки информации. На рис. 2.2 представлена буровая установка Уралмаш 15000.

При вращательном бурении породу разрушают долотом, вращающимся на конце колонны бурильных труб, с одновременной циркуляцией промывочной жидкости через долото. Долото приводится во вращение либо на устье скважины ротором, либо забойным двигателем (турбобур, электробур, винтовой двигатель), либо верхним приводом. Для сокращения времени спускоподъемных операций бурильные трубы опускаются и поднимаются «свечами» от двух до четырех труб в свече, длина свечи 25–36 м.